电机课程研究作业感应电机机械特仿真分析.doc

李 电机学研究性作业基于MATLAB仿真的感应电机机械特性班级：电气xxxxx班姓名：李教师：桂 目录【摘 要】3【关 键 词】3【研究题目】3【引 言】4【正 文】51.固有机械特性曲线研究51.1固有特性曲线51.1.1固有机械特性描绘51.1.2固有曲线特性分析72.人为机械特性曲线研究72.1电压降为220v，频率为50Hz72.1.1恒频调压人为机械特性描绘72.1.2恒频调压人为机械特性分析92.2转子每相接入0.5欧电阻103.2.1转子回路串入对称电阻人为机械特性曲线描绘102.2.2转子回路串入对称电阻人为机械特性曲线分析122.3恒压频比且电压为320v122.3.1恒压频比变频调速人为机械特性描绘122.3.2恒压频比变频调速人为机械特性分析14 2.4电源频率改为60hz152.4.1由基频向上的恒压变频调速人为机械特性曲线描绘152.4.2由基频向上的恒压变频调速人为机械特性曲线分析17【结论】18【参考文献】19【摘要】本学期电机学与电力拖动基础（刘慧娟 张威著）主讲变压器，直流电机和交流电机。其中交流电机又可分为同步电机和异步电机。而异步电动机以其结构简单、运行可靠等特点，在日常生活中得到广泛的使用。目前，电动机控制系统在追求更高的控制精度的基础上变得越来越复杂，而仿真是对其进行研究的一个重要手段。本文便基于MATLAB对给定的T型等效电路电机模型的人为机械特性和固有机械特性进行了对比仿真与分析。 【关键词】异步电机 机械特性 MATLAB仿真【研究题目】题目16一台三相绕线式感应电动机，定子Y接法，T型等效电阻参数为，定、转子变压为。要求1.编程绘制其固有机械曲线2.绘制以下情况的人为特性曲线2.1电压降为220Vm，频率不变2.2转子串入每相电阻2.3恒压频比且电压为320V2.4电源频率为60Hz，电压大小不变【引言】从公式（1） 中可得到三相电动机的机械特性，但不能直接反应电动机电磁转矩和电动机参数之间的关系。为此，可利用感应电动机的T型等效电路来推导其机械特性的参数表达式。出发 电磁转矩与电子电流的关系为公式（2）而在感应电动机的T型等效电路中，由于激磁阻抗比定子转子的楼阻抗大很多，可把激磁阻抗之路认为开路，就有公式（3） 将公式（3）代入公式（2） 可得公式（4） 公式（4）便是机械特性的参数表达是。其中T型等效电路图如下【正文】1.固有机械特性曲线研究1.1固有特性曲线1.1.1固有机械特性描绘根据公式（4）及题设条件可列写出matlab仿真程序。其源程序如下Matlab程序如下clcclearsyms U1n Nn Un m p f R1 R2p0 X10 X20p Rm X1 X2p Ns0 Xm Zeq1 Z1 E1n Sn E1 Ns m S Nr1 Tem1 ;Un=380;U1n=Un/sqrt(3);m=3;p=4;f=50;Nn=1451;R1=0.45;R2p0=0.45;X10=1.1;X20p=1.1;Rm=1;Xm=47;Ns0=120*f/p;Sn=(Ns0-Nn)/Ns0;f=50;Ns=120*f/p;for i=1:20000 S=i/20000;Nr1=Ns*(1-S);Tem1=m*p/(4*pi)*(U1n/f)2*(f*R2p0/S/(R1+R2p0/S)2+(X10+X20p)2); plot(Tem1,Nr1,k);hold on;endxlabel(转矩N,m);ylabel(转速r/min);text(Tem1,Nr1,固有机械特性)grid onaxis(0 200 0 1600 )set(gca,YTick,0:100:1600)得曲线如下1.1.2固有曲线特性分析在电动机状态，电磁转矩和转速都是正值，且与同步转速同方向。整个曲线可从拐点处分为两个部分。在sms0时，随着电磁转矩Tem的增加，转速降低。根据电力系统稳定运行的条件，这部分为稳定运行工作部分，电动机应工作于这一范围内。此时机械特性曲线近似为一条直线。而在1ssm范围内。这一部分随着转矩的减小，转速也减小。此区域称为不稳定运行区域，三相异步电动机一般不能稳定地工作于这一范围。因此，有时也将称这一部分为非工作部分。考虑到公式（1）由于在感应电机转速从同步转速ns下降到0的过程中，主磁通单调减小，转子电流单调增加，而转子功率因数单调减少，因此，随着转速下降，电磁转矩先增大，后减少，仿真如图。2.人为机械特性曲线2.1电压降为220v，频率为50Hz2.1.1恒频调压人为机械特性描绘Matlab程序如下：clcclearsyms U1n Nn Un R1 R2p0 X10 X20p Rm X1 X2p. Ns0 Xm Zeq1 Z1 E1n Sn E1 Ns m S Nr1 Tem1 ;Un=220;U1n=Un/sqrt(3);m=3;p=4;f=50;Nn=1451;R1=0.45;R2p0=0.45;X10=1.1;X20p=1.1;Rm=1;Xm=47;Ns0=120*f/p;Sn=(Ns0-Nn)/Ns0;Ns=120*f/p;for i=1:20000S=i/20000;Nr1=Ns*(1-S);Tem1=m*p/(4*pi)*(U1n/f)2*(f*R2p0/S/(R1+R2p0/S)2+(X10+X20p)2);plot(Tem1,Nr1,g);hold on;endxlabel(转矩N,m);ylabel(转速r/min);title(人为机械特性1)legend(人为机械特性1)text(Tem1,Nr1,人为机械特性1)grid onaxis(0 200 0 1600 )set(gca,YTick,0:100:1600)得曲线如下和固有机械特性相比：2.1.2恒频调压人为机械特性分析由公式（4）由公式（5）可知感应电动机电磁转矩，最大转矩都和电源电压的平方成正比，故随电压的减小而减小。由公式(6)可知临界转差率与电源电压无关。仿真如实反映了这一情况。2.2转子每相接入0.5欧电阻3.2.1转子回路串入对称电阻人为机械特性曲线描绘Matlab程序如下clcclearsyms U1n Nn Un R1 R2p0 R2d R2p X10 X20p Rm X1 X2p Ns0 Xm Zeq1 Z1 E1n Sn E1 Ns m S Nr2 Tem2 Ke Ki ;Un=380;U1n=Un/sqrt(3);m=3;p=4;f=50;Nn=1451;R1=0.45;R2p0=0.45;X10=1.1;X20p=1.1;Rm=1;Xm=47;Ke=3.8;Ki=3.8;R2d=0.5;Ns0=120*f/p;Sn=(Ns0-Nn)/Ns0;R2p=R2p0+Ke*Ki*R2d;Ns=120*f/p;for i=1:20000S=i/20000; Nr2=Ns*(1-S);Tem2=m*p/(4*pi)*(U1n/f)2*(f*R2p/S/(R1+R2p/S)2+(X10+X20p)2);plot(Tem2,Nr2,y);hold on;endxlabel(转矩N,m);ylabel(转速r/min);title(人为机械特性2)legend(人为机械特性2)text(Tem2,Nr2,人为机械特性2)grid onaxis(0 200 0 1600 )set(gca,YTick,0:100:1600)得曲线如下和固有机械特性相比为2.2.2转子回路串入对称电阻人为机械特性曲线分析由公式（4）可知，在异步电动机转子绕组中串入电阻则电磁转矩将发生变化， 由公式（5）可知最大转矩不随转子电阻的改变而改变。可见，在一定范围内增加转子电阻，可以增加电动机的启动转矩 ，所以起重机械上大多采用绕线式异步电动机。但若是串接某一数值的大电阻使后，再继续增大转子电阻，启动转矩将开始减小。会出现如图所示的直线下降情况。2.3恒压频比且电压为320v2.3.1恒压频比变频调速人为机械特性描绘Matlab程序如下clcclearsyms Un2 Un Nn Un m p f R1 R2p0 X10 X20p Rm X1 X2p Ns0 Xm Zeq1 Z1 E1n Sn E1 Ns m S Nr3 Tem3 ;Un2=320;U1n=Un2/sqrt(3);m=3;p=4;f=320/380*50;Nn=1451;R1=0.45;R2p0=0.45;X10=1.1;X20p=1.1;Rm=1;Xm=47;Ns0=120*f/p;Sn=(Ns0-Nn)/Ns0;Z1=R1+j*X10;Zeq1=(Rm+j*Xm)*(R2p0/Sn+j*X20p)/(Rm+j*Xm)+(R2p0/Sn+j*X20p);E1n=abs(Zeq1/(Zeq1+Z1)*U1n);Ns=120*f/p;X1=320/380*X10;X2p=320/380*X20p;for i=1:20000 S=i/20000;Nr3=Ns*(1-S);Tem3=m*p/(4*pi)*(U1n/f)2*(f*R2p0/S/(R1+R2p0/S)2+(X1+X2p)2);plot(Tem3,Nr3,r);hold on;endxlabel(转矩N,m);ylabel(转速r/min);title(人为机械特性3)legend(人为机械特性3)text(Tem3,Nr3,人为机械特性3)grid onaxis(0 200 0 1600 )set(gca,YTick,0:100:1600)得曲线如下和固有曲线相比为2.3.2恒压频比变频调速人为机械特性分析由公式（7）可得公式（8） 其中 低频下可近似认为常数故保持U1/f1=常数,对于同一转矩T,在变频时，转速降近似不变，50HZ以下，变频的人为特性基本上是一族平行直线。速范围较大，平滑性较高，低速时特性的静差率较高，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。2.4电源频率改为60hz2.4.1由基频向上的恒压变频调速人为机械特性曲线描绘Matlab程序如下clcclearsyms Un1 Un Nn Un m p f R1 R2p0 X10 X20p Rm X1 X2p Ns0 Xm Zeq1 Z1 E1n Sn E1 Ns m S Nr4 Tem4 ;Un1=380;U1n=Un1/sqrt(3);m=3;p=4;f=60;Nn=1451;R1=0.45;R2p0=0.45;X10=1.1;X20p=1.1;Rm=1;Xm=47;Ns0=120*f/p;Sn=(Ns0-Nn)/Ns0;Z1=R1+j*X10;Zeq1=(Rm+j*Xm)*(R2p0/Sn+j*X20p)/(Rm+j*Xm)+(R2p0/Sn+j*X20p);E1n=abs(Zeq1/(Zeq1+Z1)*U1n);Ns=120*f/p;X1=60/50*X10;X2p=60/50*X20p;for i=1:20000 S=i/20000;Nr4=Ns*(1-S);Tem4=m*p/(4*pi)*(U1n/f)2*(f*R2p0/S/(R1+R2p0/S)2+(X1+X2p)2);plot(Tem4,Nr4,b);hold on;endxlabel(转矩N,m);ylabel(转速r/min);title(人为机械特性4)legend(人为机械特性4)text(Tem4,Nr4,人为机械特性4)grid onaxis(0 200 0 2000 )set(gca,YTick,0:100:2000)得曲线如图和固有特性相比为结果如下2.4.2由基频向上的恒压变频调速人为机械特性曲线分析由公式（9）由于f较高，r1比X1小可忽略，可得公式（10）故当电源频率f升高时，保持电源电压不变，则最大转矩减少。由公式（6）可知当电源频率f升高时，保持电源电压不变，由于X正比于f，故临界砖茶率减小。最大转速增大。其特点是调速范围大，转速稳定性好，运行时转差率小，效率高。【结论】本次大作业基本完成了预计的任务，对于三相异步电动机的相关知识有了很好的掌握与思考。经过课余时间的努力，我在异步电动机的工作特性方面做了较深入的学习，并完成了相关系统的仿真图。现阶段已取得的成果主要有：1. 研究三相异步电动机的机械特性曲线，在MATLAB中编程，并对异步电动机的机械特性进行仿真。2. 研究三相异步电动机的调速特性曲线，在MATLAB中编程绘制三相异步电动机调速仿真模型，并对其进行仿真。本人查阅了关于电动机系统仿真的技术文献，本文在电动机系统的仿真上做了许多的工作，实现了对三相异步电动机各工作特性的分析与仿真。在借鉴前人研究的经验和教训的基础上，对三相异步电动